【正文】 橫截面積， cm2； L—— 環(huán)形冒口的橫截面周長(zhǎng)， cm。 一般情況下， M 冒 =kM 件 式中， k 為系數(shù)，取 k=，則 M 冒 =kM 件 =kMc3= 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 14－ 而實(shí)際環(huán)形冒口的模數(shù) M 冒 =＞ 。該環(huán)形冒口的重量 G 冒 =。具體驗(yàn)算公式如下： G 件 max=G 冒 ???? 式中， G 件 max—— 冒口可以補(bǔ)縮最大鑄件的重量， kg； η—— 冒口的補(bǔ)縮率， %； ε—— 鋼液的凝固收縮率， %。我們?nèi)?η=30%。 通過上面分析得出冒口和冷鐵的尺寸及安放位置，如圖 2圖 28 所示。明出氣孔引出型外，與大氣相通；暗出氣孔不與大氣相通，常做成設(shè)置在型內(nèi)或芯內(nèi)的片狀或針狀空腔。 該上冠的鑄型排氣孔可由鑄工在造型時(shí)自設(shè)，起模后 用 Φ12 鋼管扎出，主要設(shè)在冒口處。鑄造工藝裝備包括模樣、模板、砂箱、芯盒、砂芯修整磨具等。 模樣材質(zhì)的選擇 該上冠模樣選用木模。 木模的木材選用紅松。但紅松質(zhì)地松軟，耐磨性差，為了提高 木模的使用壽命、保證鑄件的表面質(zhì)量，需在木模外表面涂一層油漆。 砂箱的設(shè)計(jì) 砂箱是用于制作砂型和運(yùn)輸砂型的工藝裝備。因此，為了保證鑄件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本以及保證安全生產(chǎn)，我們的砂箱設(shè)計(jì)為圓形砂箱，上、下砂箱的材料均選擇 HT200。根據(jù)暗冒口及模樣高度，選取上砂箱高度為 600mm，下砂箱高度為 780mm。 （ａ） （ｂ） 圖 31 砂箱的三維圖 （ a）上砂箱 （ b）下砂箱 第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) － 17－ (2) 確定砂箱箱壁厚度、砂箱截面結(jié)構(gòu)及砂箱外壁加強(qiáng)筋：上、下砂箱壁厚均取 45mm。砂箱內(nèi)凸緣設(shè)計(jì)在分箱面上。 （ a） （ b） 圖 32 箱壁斷面結(jié)構(gòu)圖 （ a）上砂箱壁（ b）下砂箱壁 (3) 確定砂箱箱帶的布置形式和尺寸：砂箱箱帶不但能增加砂箱的強(qiáng)度和剛度，還可以增加對(duì)型砂的承托力和黏附力，防止砂型的塌箱。箱帶的高度隨模樣的輪廓變化，箱帶和模樣的最小吃砂量選取為 35mm。砂箱壁排氣孔的尺寸及分布如圖 3圖 34所示。 圖 35 砂箱的翻箱及搬運(yùn)結(jié)構(gòu) (6) 確定砂箱定位耳及耳孔的結(jié)構(gòu)及尺寸：上、下砂箱的定位耳及耳孔的結(jié)構(gòu)、尺寸及間距要一樣，以便能夠使砂箱順利合箱。 (a) (b) 圖 36 砂箱的定位結(jié)構(gòu) (a) 砂箱定位耳截面圖 (b) 砂箱定位耳尺寸 第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) － 19－ 模底板的設(shè)計(jì) 模板一般由鑄件模樣、芯頭模樣和澆冒口系統(tǒng)模樣與模底板通過螺釘、螺栓、定位銷等裝配而成。 采用模板造型，可以提高生產(chǎn)效率和鑄件質(zhì)量，并使鑄件尺寸精確。我們選擇 HT200 作為模底板的材料。模底板三維 UG 造型圖如圖 37 所示。加強(qiáng)筋形狀及布局如圖 3圖 38所示。另外，為了防止砂箱在造型時(shí)卡死在模板的第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) － 20－ 定位銷上或套不進(jìn)去，尤其是剛澆注落砂后的砂箱存在著熱脹現(xiàn)象，需要設(shè)計(jì)導(dǎo)向銷，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 310 所示。其模底板中心距為 2100mm。 圖 311 模底板的翻轉(zhuǎn)及搬運(yùn)結(jié)構(gòu) 第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) － 21－ 模樣在模底板上的裝配 模樣和模底板設(shè)計(jì)并加工出后，要用螺釘、螺栓等緊固成一體。模樣在模底板上采用定位銷來定位，以便將模樣定位在模底板上，防止模樣因螺釘松動(dòng)而錯(cuò)位。定位銷采用圓柱銷，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)、尺寸如圖 312所示。另外，砂 箱與模板的定位裝配如圖 。 圖 312 木模金屬定位銷結(jié)構(gòu)圖 圖 313 砂箱與模板的定位裝配 第四章 鑄鋼的熔煉 － 22－ 第四章 鑄鋼的熔煉 該鑄件為回轉(zhuǎn)體上冠，部件要求高強(qiáng)度，耐磨抗腐蝕性好。上冠的材質(zhì)選擇為 ZG06Cr13Ni4Mo(馬氏體鑄造不銹鋼 )。 其力學(xué)性能要求為： 抗拉強(qiáng)度 ?b (MPa)： ≥750 屈服強(qiáng)度 ?s (MPa)： ≥550 伸長(zhǎng)率 ? (%)： ≥15 沖擊韌性值 ? kv (J/cm2)： ≥ 彈力消失率 ? (%)： ≥35 硬度 HB： 217～ 286HB 砂鑄， 熱處理 規(guī)范： a、退火，在高于 600℃ 的適當(dāng)溫度范圍進(jìn)行； b、正火和淬火，在 AC3 點(diǎn)以上進(jìn)行； c、回火，在 AC1 點(diǎn)上下進(jìn)行一次或兩次回火。 鑄件配料的方法很多，主要有計(jì)算配料法、查表配料法、圖解配料法、計(jì)算尺配料法和計(jì)算機(jī)配料法等。 本次配料采用查表法。參考《鑄造合金配料速查手冊(cè)》， 本 上冠鑄件的配料單如表 41 所示 [7 ]： 第四章 鑄鋼的熔煉 － 23－ 表 上冠鑄件配料單 [7] 成分 成分要求： C≤， Si≤， Mn≤， S≤， P≤， Cr： ～ ， Ni：～ ， Mo： ～ 配料 Ni、 Mo 二元素按產(chǎn)量配至要求成分中限，其余成分按下表要求配入 元素 C Cr Si P 配入量 ～ ～ ? 配料時(shí)，爐料中配碳過高，氧化期時(shí)間長(zhǎng)，鉻燒損量比較大，不利于延長(zhǎng)爐底使用壽命；配碳過低，則鋼液達(dá)不到良好的沸騰，不利于排出氣體和夾雜。 裝料配入的金屬爐料可不受碳含量的嚴(yán)格控制，但還原期補(bǔ)加的鐵合金要求碳含量低，并在使用前經(jīng)過仔細(xì)烘干。此外，金屬爐料的 P 含量均應(yīng)小于 %。 采用以下精煉法：鋼包氬氣凈化、鋼包喂線凈化、感應(yīng)電爐氬氣凈化（爐底吹氬和爐口氬氣保護(hù)）、氬氧脫碳 AOD精煉、鋼包 LF兩項(xiàng)和三項(xiàng)功能、真空氧脫碳VOD精煉、清潔廢鋼和爐料前處理等。熱處理的方法有退火、正火或正火加回火。馬氏體不銹鋼中的主要合金元素是鉻，鐵的熔點(diǎn)因加入鉻而降低，其最低熔點(diǎn)為 1516℃ ， A4 點(diǎn)因鉻量的增加而降低； A3 鉻量的增加而降低，繼續(xù)增加鉻含量至 7%時(shí)又迅速升高，由于鉻含量對(duì) A4 和 A3 點(diǎn)的影響形成了封閉的 γ_相， γ_相最大含鉻為 %。隨著鋼中含碳量的增加，它的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、切削加工性能顯著提高，而耐蝕性下降。在馬氏體鋼中隨著淬火溫度的提高，碳化鉻 (CrFe)23C6 溶解度不斷增加，馬氏體進(jìn)一步強(qiáng)化，因而淬火后的硬度也不斷增加。綜之，為了提高馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能，應(yīng)采用高溫回火并保持較長(zhǎng)的回火保溫時(shí)間，使馬 氏體碳化物充分析出，才能在保證馬氏體不銹鋼具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性的同時(shí)，具有較好的延伸性。但是過高的溫度又會(huì)浪費(fèi)能源，并且對(duì)熔煉設(shè)備也有一定的損害，第四章 鑄鋼的熔煉 － 25－ 同時(shí)會(huì)使增加金屬液的氧化以及添加劑的燒損，因此融化鋼錠一般加熱至1610℃ ～ 1630℃ ，合金的澆注溫度一般為 1560℃ ～ 1600℃ 。上冠鑄件的澆注溫度可控制在 1560℃ ～ 1600℃ ，本鑄件取 1580℃ 。由于型腔的填充模式是影響壓鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，因而充型過程的流場(chǎng)控制是鑄造過程的中心環(huán)節(jié)。 鑄件澆注充型過程中，伴隨著熱量的散失、溫度的降低。如圖 51 所示為充型順序及溫度場(chǎng)分布。 鑄件充型過程與液態(tài)金屬的流動(dòng)、傳熱及傳質(zhì)過程密切相關(guān)，是一個(gè)伴隨著熱量散失以及凝固的 非恒溫流動(dòng)過程，可用質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程描述，而充型過程中金屬液與鑄型之間的熱交換可用熱量平衡方程來描述，在這個(gè)過程中最基本又最重要的物理現(xiàn)象是傳熱和流動(dòng) [9]。 第五章 鑄件工藝數(shù)值模擬結(jié)果及分析 － 28－ 通過本次模擬結(jié)果，分析液態(tài)金屬在澆注充型過程中存在以下一些特點(diǎn)： 由于上冠結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn) 體，壁厚不均勻，從整個(gè)充型過程看，其充填形態(tài)表現(xiàn)出順序、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。由于充型速度較高，金屬液進(jìn)入澆道直接沖向砂芯，由于砂芯阻力及慣性作用，金屬液被沖到一定高度。 從充型過程溫度分布來看，鑄件在整個(gè)充型過程中的溫度分布基本上是縱向下部溫度低，上部溫度高，橫向則是中心溫度高，邊緣溫度低。 凝固過程 鑄件的凝固過程也就是金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的結(jié)晶過程 ,液態(tài)金屬結(jié)晶過程乃是由形核和長(zhǎng)大兩個(gè)基本過程所組成，并且這兩個(gè)過程是同時(shí)并進(jìn)的。影響鑄件組織形成的主要因素有澆注溫度、鑄模冷卻能力、散熱條件、液體流動(dòng)性以及合金的凝固溫度范圍等。 圖 52 為鑄件的凝固順序以及溫度分布，其中圖 (a)(f)依次為凝固 5%， 15%，30%， 50%， 85%， 100%時(shí)的狀態(tài)圖。因?yàn)樵诿翱谖恢迷O(shè)置為厚度為 40mm 的保溫套，所以最后在冒口必定是最后一部分凝固的，并且凝固時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)。鑄件的凝固順序表現(xiàn)為縱向下部先凝固、上部后凝固，橫向邊緣先凝固中心后凝固，即鑄件薄壁處先凝固，壁厚較大處后凝固，薄壁處凝固速度快，厚壁處凝固速度慢，鑄件厚度最大處最后凝固，如圖 52 所示。 結(jié)論 － 30－ 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)最明顯的特點(diǎn)是利用環(huán)形暗冒口代替分散冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，即只在中間放置一個(gè)環(huán)形冒口，而在外圓處不設(shè)置冒口，靠一個(gè)環(huán)形冒口來補(bǔ)縮整個(gè)鑄件，這樣集中補(bǔ)縮，在最大外圓處放置外冷鐵來降低該處的模數(shù)，既可使操作方便，有提高了冒口的利用率，從而節(jié)約了鋼液。它克服了分散冒口間的偏析問題，可以更好的保證鑄件的質(zhì)量。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也能使金屬液平穩(wěn)流入，更好的充型，這樣顯著提高了鑄件的工藝出品率及鑄件質(zhì)量，明顯地防止和消除鑄件縮孔、縮松、氣孔、夾渣、裂紋及滲漏等缺陷。另外，本課題造型方法是采用呋喃樹脂砂造型，不僅能夠提高鑄件的表面質(zhì)量，還可大大改善勞動(dòng)條件和工作環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。對(duì)于鑄件的造型方法來說，應(yīng)用的是樹脂砂造型方法。審核完鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性之后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)工藝和工裝方面的知識(shí)逐步展開設(shè)計(jì)了。以上每個(gè)方面對(duì)鑄造出高質(zhì)量鑄件都起到關(guān)鍵的作用，因此設(shè)計(jì)的時(shí)候要非常的仔細(xì)認(rèn)真。 參考文獻(xiàn) － 31－ 參考文獻(xiàn) [1] 高尚書 . 計(jì)算機(jī)技術(shù)及在鑄造行業(yè)中的應(yīng)用 .鑄造， 1995,(6):31～ 38 [2] 姜彬 . UG 壓鑄模具設(shè)計(jì)入門與提高 北京：電子工業(yè)出版社， ： 2～ 5 [3] 侯擊波 ， 程軍 . 鑄件充型過程的數(shù)值模擬技術(shù) 華北工學(xué)院學(xué)報(bào) . 1997: 1～ 3 [4] 李弘英 ， 趙成志 鑄造工藝設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [5] 葉榮茂 ， 吳維岡 ， 高景艷 . 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，： 74～ 134 [6] 陳琦 ， 彭兆弟 . 鑄造合金配料速查手冊(cè) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ， ： 848～ 849 [7] 陸文華 ， 李隆盛 ， 黃良余 . 鑄造合金及其熔煉 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， ： 299～339 [8] R. Stoehr. Simulation in the Design of Sand Casting Proceedings of Modelling Casting and Welding Proceses. Rindge, Nwe Hampshire, USA,1980: 3～ 18 [9] 于梅 . 金屬液在充型和凝固過程中夾雜物運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬： [碩士學(xué)位論文 ]. 沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) . 20xx [10] 柳白成，荊濤等 . 鑄造工程的模擬仿真與質(zhì)量控制 [M]. 北京 :機(jī)械工業(yè)出 社 , ～170 致謝 － 32－ 致 謝 在畢業(yè)論文即將完成之際，我謹(jǐn)向曾經(jīng)給我?guī)椭椭С值娜藗儽硎局孕牡母兄x ! 首先要感謝我的指導(dǎo)老師盛文斌副教授，他在學(xué)習(xí)和做人方面給予我悉心的指導(dǎo)，使我增長(zhǎng)了知識(shí)，拓寬了眼界， 還學(xué)會(huì)了科學(xué)的思維方法，鍛煉了分析問題解決問題的能力。 感謝 陳宗民等老師 ，在 CAD 制圖方面 給予 我 的幫助！我的每一次成功和進(jìn)步都和他們的幫助分不開。 附圖 － 33－ 附 圖 目錄 附圖 1：上冠鑄件零件圖 附圖 2：上冠鑄件工藝圖 附圖 3：上砂箱 附圖 4：下砂箱 附圖 5：模板裝配圖